Contribution à l'étude de la réactivité des précurseurs de l'indigo et à l'optimisation de la production de pigment à partir des feuilles d'Isatis tinctoria L.

Contribution to the study of the reactivity of indigo precursors and the optimization of pigment production from the leaves of Isatis tinctoria L.

• Auteur / Autrice : Julia Mocquard
• Direction : Virginie Vandenbossche Maréchal, Anne-Cécile Le Lamer
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences des Agroressources
• Date : Soutenance le 14/04/2023
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la Matière (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de Chimie Agro-industrielle (Toulouse ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Alletto
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Virginie Vandenbossche Maréchal, Anne-Cécile Le Lamer, Lionel Alletto, Angèle Lengo Mambu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Sophie Tomasi, Anne-Sylvie Fabiano-Tixier

Mots clés

Mots clés contrôlés

Précurseurs

Optimisation globale

Isatis tinctoria

Mots clés libres

Isatis tinctoria

Indigo

Précurseurs de l'indigo

Optimisation de procédé

Endophytes

Isatis tinctoria

Indigo

Indigo precursors

Process optimisation

Endophytes

Résumé

La culture d’Isatis tinctoria fut très importante en Europe, au Moyen-Âge, pour sa production de pigment indigo, très prisé par les teinturiers. En Occitanie, l’intérêt pour les molécules d’origine naturelle et le caractère emblématique du pastel a permis de faire perdurer sa culture localement. Toutefois, le rendement de cette production demeure instable et la qualité du pigment mal maitrisée. C’est dans ce contexte qu’un projet de recherche visant à améliorer la quantité et la qualité du pigment bleu contenant l’indigo à partir des feuilles de Pastel a été mis en place. Au cours de ce projet, nous nous sommes intéressés aux principaux précurseurs de l’indigo dans le Pastel, l’isatan A et l’isatan B. Ces composés très instables ont été identifiés par UHPLC-HRMS afin d’établir un suivi régulier de leur teneur dans la plante au cours de l’année. Ces analyses ont montré la présence de précurseurs dans les feuilles tout au long de l’année et leur relative stabilité dans les feuilles jusqu’à trois jours après leur récolte. Leur réactivité dans les conditions de production a également été étudiée avec pour l’objectif de mieux comprendre leur conversation en indigo. En parallèle, plus d’une quarantaine de pigments ont été produits à partir de feuilles de Pastel. Les paramètres de production du pigment ont été optimisés afin d’améliorer le rendement en pigment et sa teneur en indigo, ce qui a conduit à un essai de production à l’échelle industrielle. Également, une méthode de dosage de l’indigo a été développée et appliquée à l’ensemble des pigments produits, afin d’évaluer plus précisément leur teneur en indigo. Ces travaux ont permis une meilleure compréhension de la réactivité des précurseurs, ainsi qu’une optimisation de leurs conditions d’extraction pour la production de l’indigo. S’il est possible de produire du pigment toute l’année à partir de feuilles fraiches, en revanche, la production demeure inconstante et peu reproductible, et ne semble donc pas uniquement conditionnée à la teneur en précurseurs et aux conditions d’extraction. Des mécanismes enzymatiques impliquant des enzymes foliaires végétales ou microbiennes, difficiles à maitriser, sont très probablement impliqués dans le processus de conversion des précurseurs en indigo.

Isatis tinctoria culture was very important in the Middle Ages for its production of indigo pigment, highly prized by European dyers. The interest for molecules of natural origin and the emblematic nature of woad in Occitania made its culture last possible, in particular in this region. However, the yield of this production remains unstable and the quality of the pigment poorly controlled. It is in this context that a research project aiming to improve the quantity and quality of the blue pigment containing indigo from woad leaves has been set up. During this project, we were interested in the main precursors of indigo in woad, isatan A and isatan B. These highly unstable compounds were identified by UHPLC-HRMS in order to implement a regular monitoring of their content in the plant during the year. These analyses showed the presence of precursors in the leaves throughout the year and their relative stability in the leaves until three days after harvest. Their reactivity under production conditions was also studied with the objective of better understanding their conversation in indigo. In parallel, more than forty pigments were produced from woad leaves. The pigment production parameters were optimized to improve the pigment yield and its indigo content, which led to an industrial scale production trial. Simultaneously, an indigo quantification method was developed and applied to all the pigments produced, to evaluate more precisely their indigo content. This work allowed a better understanding of the precursors’ reactivity, as well as an optimization of their extraction conditions for the production of indigo. Although it is possible to produce pigment all year from fresh leaves, production remains inconsistent and not very reproducible, and therefore does not seem to be solely conditioned by the precursor content and extraction conditions. Enzymatic mechanisms involving plant or microbial leaf enzymes, which are difficult to control, are most probably involved in the process of precursors conversion into indigo.